基于材料填充的光子晶體光纖設(shè)計及應(yīng)用研究.pdf

1、隨著光子晶體光纖理論分析方法基本成熟,制造工藝日益完善,各種各樣的光子晶體光纖不斷出現(xiàn),對光子晶體光纖的研究熱點正逐步向應(yīng)用領(lǐng)域轉(zhuǎn)移。在通信領(lǐng)域,盡管由于損耗、價格等原因,在長距離傳輸方面,光子晶體光纖尚不能取代普通光纖,但光子晶體光纖以其獨特的傳導(dǎo)機制和普通光纖無法比擬的性質(zhì)成為下一代光通信器件的重要組成部分。 本論文的選題來源于國家973項目“基于微結(jié)構(gòu)光纖的光電子功能器件的創(chuàng)新與基礎(chǔ)研究(2003CB314906)”、天津

2、市自然科學(xué)基金項目“新型多功能集成光子晶體光纖Raman放大器(06YFJZJC00300)”、國家自然科學(xué)基金項目“新型量子點注入光子晶體光纖激光器研究(10674074)”和國家自然科學(xué)基金項目“全固光子帶隙光纖及全固光子帶隙光纖光柵研究(10774077)”的內(nèi)容,在對微結(jié)構(gòu)光纖各種傳輸特性研究和各種結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上,重點進(jìn)行了基于材料填充光子晶體光纖的研究,包括相關(guān)光纖特性的理論分析、數(shù)值模擬和試驗研究,相關(guān)光子晶體光纖及器件的

3、設(shè)計、研究和應(yīng)用： 1.研究了光子晶體光纖的各種填充技術(shù),在此基礎(chǔ)上,提出了兩種選擇性填充方案,利用石蠟的毛細(xì)填充和氫氟酸的側(cè)向腐蝕實現(xiàn)了靈活方便的選擇性填充,然后,結(jié)合氫氟酸的填充性腐蝕,實現(xiàn)了對光子晶體光纖導(dǎo)光特性的改善和控制； 2.研究了溫敏聚合物材料填充的光子帶隙光纖帶隙導(dǎo)光特性以及溫度調(diào)諧特性。我們首先在兩種石英纖芯的折射率引導(dǎo)型光子晶體光纖中填充高折射率的溫敏聚合物材料,得到了光子帶隙引導(dǎo),實驗研究了光纖的彎

4、曲損耗特性,發(fā)現(xiàn)這種光纖的彎曲損耗相當(dāng)小,比全固光子帶隙光纖小很多。然后,利用材料的溫度調(diào)諧能力,我們實現(xiàn)了導(dǎo)光帶隙的靈活調(diào)諧,調(diào)諧范圍超過200nm。同時,采用分段溫控的辦法,我們還實現(xiàn)了帶隙的可調(diào)諧壓窄,實驗室實現(xiàn)了將200nm的導(dǎo)光帶隙壓窄到30nm,我們還結(jié)合數(shù)值方法進(jìn)行了相應(yīng)的理論研究,理論結(jié)果和實驗結(jié)果吻合得非常好。 3.研究了液晶材料填充的光子帶隙光纖帶隙導(dǎo)光特性及相應(yīng)的調(diào)諧特性,包括溫度調(diào)諧和電場調(diào)諧。我們首先通

5、過液晶填充得到了光子帶隙光纖,對其溫度調(diào)諧的研究發(fā)現(xiàn),在液晶材料清亮點溫度附近,該液晶光子帶隙光纖的導(dǎo)光特性的溫度響應(yīng)非常靈敏,達(dá)到50nm/℃?；谶@種液晶光子帶隙光纖,我們研制了電場控制的電調(diào)諧Sagnac干涉儀,在1550nm波段實現(xiàn)了深度達(dá)到27dB的干涉濾波輸出,通過加載電壓可控的電場實現(xiàn)了超過40nm的調(diào)諧,調(diào)諧效率達(dá)到1.28nm/V,該Sagnac干涉儀可以應(yīng)用于研制具有更快響應(yīng)能力的光纖濾波器、衰減器和光開關(guān)等器件。

6、4.提出了基于材料填充的雙芯光子帶隙光纖。利用折射率可以隨溫度改變的聚合物材料填充,得到了雙芯光子帶隙光纖,試驗和理論的研究表明該種雙芯光子帶隙光纖具有優(yōu)異的調(diào)諧能力,包括對導(dǎo)光帶隙的溫度調(diào)諧以及對雙芯耦合的溫度調(diào)諧,理論和實驗結(jié)果吻合很好。在理論和試驗研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計了可調(diào)諧的全光纖波分復(fù)用/解復(fù)用器。 5.提出了基于量子點材料填充的光子晶體光纖,進(jìn)行了相關(guān)的理論和試驗研究。我們在進(jìn)行量子點填充光子晶體光纖實驗研究的同時,利